管殼式換熱器大型化發(fā)展對(duì)中小型制造廠的影響

袁 寧

管殼式換熱器大型化發(fā)展對(duì)中小型制造廠的影響

袁 寧

（大連仁海重工有限公司， 遼寧 大連 116041）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的提高，國(guó)內(nèi)管殼式換熱器設(shè)計(jì)制造逐漸朝著大型化發(fā)展，本文從制造角度詳細(xì)分析了管殼式換熱器大型化對(duì)于制造廠各個(gè)方面的影響。

管殼式換熱器大型化； 中小型制造廠；設(shè)計(jì)和制造

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的提高，國(guó)內(nèi)換熱器設(shè)計(jì)制造不斷吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和制造工藝，甚至在某些方面達(dá)到世界先進(jìn)水平。而國(guó)內(nèi)化工領(lǐng)域?qū)軞な綋Q熱器的需求也越來(lái)越大，管殼式換熱器設(shè)計(jì)的多元化也日新月異。對(duì)于石化企業(yè)來(lái)說(shuō)，本土化的先進(jìn)換熱技術(shù)、媲美進(jìn)口質(zhì)量卻只有國(guó)產(chǎn)價(jià)格的設(shè)備是他們樂于看到的結(jié)果。所以國(guó)內(nèi)有條件的石化制造商，紛紛上馬新型、大型換熱器。雖然市場(chǎng)的需求變大對(duì)于換熱器制造廠來(lái)說(shuō)是好消息。但是換熱器的大型化對(duì)國(guó)內(nèi)換熱器的中小型制造廠來(lái)說(shuō)，卻不容樂觀。

1 殼體制造過(guò)程易產(chǎn)生的問題與控制方法

大型換熱器的設(shè)計(jì)不管是從長(zhǎng)度還是公稱直徑都有越來(lái)越大的趨勢(shì)，隨著換熱器的直徑與長(zhǎng)度的不斷增加，對(duì)于制造方面來(lái)說(shuō)難度也變得越來(lái)越大，相對(duì)應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也從舊版GB151-1999《管殼式換熱器》中的管殼式換熱器公稱直徑不大于2 600 mm，擴(kuò)大至新版GB/T151-2014《熱交換器》中的管殼式換熱器的公稱直徑不大于4 000 mm。

在制作過(guò)程中，換熱器公稱直徑過(guò)大會(huì)造成筒體卷制時(shí)圓度不夠，需要反復(fù)多次在卷板機(jī)上校圓，而設(shè)計(jì)為了能在大直徑下保持筒體的剛性，會(huì)對(duì)筒體的厚度進(jìn)行加厚，根據(jù)新版GB/T151-2014《熱交換器》標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，中小型制造廠在卷制筒體所允許的誤差當(dāng)公稱直徑DN＞2 000～2 600 mm時(shí)，最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑差允許在12 mm以內(nèi)；而當(dāng)公稱直徑DN＞3 200～4 000 mm時(shí)，最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑差允許在16 mm以內(nèi)[1]。公稱直徑增加了1.5～2倍，但是所允許的誤差范圍僅放寬了4 mm。這說(shuō)明換熱器的公稱直徑越大，所制造精度的相對(duì)要求也就越高。所以在筒體卷制與校圓過(guò)程中對(duì)操作者與中小型制造廠的設(shè)備就提出了更嚴(yán)格的要求。如果筒體過(guò)長(zhǎng)，會(huì)因卷制筒體的鋼板面幅問題不得不進(jìn)行多段拼接，拼接環(huán)封越多，所造成的焊接變形、組對(duì)誤差、包括錯(cuò)邊量在內(nèi)都會(huì)明顯增加。這就需要中小型制造廠須要針對(duì)這種大直徑、長(zhǎng)筒體的制造過(guò)程制定特殊的制造工藝以及質(zhì)量控制，否則這些筒體容易的出現(xiàn)問題都會(huì)影響后續(xù)管束裝配工作難度，而且增加了制造周期。

2 換熱管訂貨的困難與相應(yīng)對(duì)策

換熱管方面，首先是訂貨的困難。直管超過(guò)12 m、U型換熱管超過(guò)9 m時(shí)，在周邊附近的經(jīng)銷商就很難采購(gòu)的到了，只能去鋼廠按要求訂制。而這種超長(zhǎng)特殊的換熱管不管是運(yùn)輸還是生產(chǎn)周期，都會(huì)拖長(zhǎng)訂貨周期的。如果按標(biāo)準(zhǔn)允許的情況對(duì)換熱管進(jìn)行拼接制作的話，那么相對(duì)應(yīng)的加工坡口、焊接、耐壓試驗(yàn)、無(wú)損檢測(cè)等一系列后續(xù)工作，都會(huì)對(duì)制造成本和生產(chǎn)周期造成巨大影響，況且拼接的換熱管很難保證鋼廠軋制出來(lái)的整根換熱管的直線度，也會(huì)對(duì)后續(xù)管束穿管工作造成一定的影響。所以在這方面，中小型制造廠需要考察市場(chǎng)，培養(yǎng)成熟、固定的合格供方，以滿足自己對(duì)于這種非常規(guī)換熱管的需求。

3 管板制造需要注意的重點(diǎn)

對(duì)于管板而言，大直徑的管板對(duì)立車、鏜銑床以及鉆床等加工設(shè)備的能力和加工精度上都要求很高。特別是數(shù)控鉆床，在3 500 mm左右直徑的管板上，Φ38的換熱管管孔數(shù)量就達(dá)五千以上，而常用的Φ25管用換熱管孔數(shù)量更是達(dá)到了上萬(wàn)個(gè)。大厚度管板背面孔橋?qū)挾鹊木纫绕胀ê穸鹊墓馨甯y以保證。所以在加工周期和加工精度上都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。大直徑大厚度的管板鍛制也是一項(xiàng)難點(diǎn)，對(duì)保證鍛件的內(nèi)部質(zhì)量的要求很高，對(duì)鍛造設(shè)備也有一定要求。所以中小型制造廠應(yīng)當(dāng)淘汰舊設(shè)備，選用合理的高精度、高效率的機(jī)床以及配套刀具等。

4 管束制造的低效率與相應(yīng)對(duì)策

大直徑超長(zhǎng)的管束在制造上也存在很多難點(diǎn)。折流板直徑超過(guò)2 500 mm時(shí)，基本都需要進(jìn)行拼接制作，而拼接的折流板在焊接變形、焊后校型方面存在很多應(yīng)力隱患，很容易因鉆孔之后產(chǎn)生平面度矯曲變形而導(dǎo)致管孔位置或形狀變形，因而使得管束穿管工作變的十分困難。這方面可以采用數(shù)控激光切割機(jī)制作方式來(lái)緩解，目前國(guó)內(nèi)的數(shù)控激光切割機(jī)最高可以切割30 mm的鋼板，完全可以滿足折流板的切割工作。激光切割后的斷面粗糙度可達(dá)Ra12.5以上，精度方面可以控制在±0.05 mm。又因?yàn)榧す庾饔脮r(shí)間短，周邊的熱影響區(qū)也很小，約在0.08～0.1 mm，所以對(duì)于折流板在切割過(guò)程中產(chǎn)生的變形就小很多。使用數(shù)控激光切割機(jī)切割折流板可以在下料的同時(shí)就將管孔切割好。從而緩解了制造周期內(nèi)對(duì)于鉆床的工作壓力，也同時(shí)縮短了折流板的制造周期，提高了生產(chǎn)效率。

在公稱直徑3 500 mm左右，換熱管長(zhǎng)度6 000 mm的管束，其重量已達(dá)百噸。這種大重量管束自重也會(huì)對(duì)直線度產(chǎn)生影響，而在裝配時(shí)吊裝管束對(duì)制造單位的起重能力要求也是很高的，配備足夠起重能力的設(shè)備是必須的，而相應(yīng)的為了防止吊裝變形，起吊的工裝以及吊裝時(shí)的方法也需要中小型制造廠有相應(yīng)的針對(duì)工藝。

5 工裝卡具的管理對(duì)于產(chǎn)品的影響以及焊接對(duì)于產(chǎn)品的重要性

對(duì)于浮頭式換熱器以及浮頭式管束這種需要工裝才能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的換熱器及部件來(lái)說(shuō)，耐壓試驗(yàn)時(shí)所使用的工裝為了保證試驗(yàn)壓力以及工裝剛性，必須要按照計(jì)算的厚度來(lái)制作，越大的換熱器所需要的耐壓工裝也越大，中小型制造廠投入的成本也越高昂，所以每一個(gè)耐壓試驗(yàn)工裝都需要登記造冊(cè)，?；顚Ｓ茫咨乒芾?。大型換熱器的管孔數(shù)量很多，所產(chǎn)生的換熱管與管板的焊接接頭也就很多，雖然單個(gè)的換熱管與管板焊接量很小，但是數(shù)量很龐大。這種在管板單側(cè)的施焊量極易造成管板變形。而一旦因此導(dǎo)致密封面的變形就會(huì)使管板把合面出現(xiàn)泄露。所以對(duì)于管頭的焊接工藝要求和焊接操作者都需要格外謹(jǐn)慎對(duì)待，工藝人員需要在這方面額外考慮到焊量大導(dǎo)致變形的問題，出具合理的焊接工藝，必要時(shí)需要更新先進(jìn)的焊接設(shè)備。而焊接操作者需要嚴(yán)格按照焊接工藝執(zhí)行操作，在施工當(dāng)中出現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)與工藝部門溝通，采取措施盡量減小焊接應(yīng)力以避免出現(xiàn)管板變形。

6 現(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)的困難

這種大型換熱器來(lái)說(shuō)，運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊裝以及開車之后的維護(hù)保養(yǎng)，甚至組織備件的成本都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2臺(tái)并聯(lián)的較小換熱器。在管束使用壽命到期之后的更換管束工作也會(huì)對(duì)業(yè)主造成困擾。動(dòng)輒百噸的管束所需要的起重機(jī)在已經(jīng)建好的化工企業(yè)內(nèi)，恐怕很難施展開來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)拆裝管束代價(jià)高昂。而整體拆卸發(fā)運(yùn)至中小型制造廠進(jìn)行更換的成本更是令人咋舌。這么大重量的換熱器對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)也是項(xiàng)考驗(yàn)，特別是滑動(dòng)鞍座部分，需要重新設(shè)計(jì)專用的滑動(dòng)鞍座，如果按照常規(guī)滑動(dòng)鞍座來(lái)設(shè)計(jì)的話，那伸縮時(shí)的滑動(dòng)效果會(huì)大打折扣。

7 總結(jié)

以上的種種問題都對(duì)換熱器中小型制造廠提出了新的考驗(yàn)。更多的人力成本，更多的設(shè)備投入，更復(fù)雜的過(guò)程把控。對(duì)于中小型制造廠來(lái)說(shuō)這都是很大的挑戰(zhàn)。軟件方面，需要中小型制造廠針對(duì)這種大型換熱器的制造過(guò)程制定切實(shí)有效的質(zhì)量控制手段。不能按照常規(guī)型號(hào)的換熱器來(lái)對(duì)待。在現(xiàn)場(chǎng)施工的操作者進(jìn)行再培訓(xùn)也是必要的，讓操作者在對(duì)待大型換熱器時(shí)，有一定的謹(jǐn)慎感，能有效提升每道工序的質(zhì)量。在工序間的檢驗(yàn)也要比常規(guī)型號(hào)換熱器更嚴(yán)格，任何微小的問題、誤差到最后都會(huì)累計(jì)成很難甚至無(wú)法解決的質(zhì)量問題。硬件方面，中小型制造廠需要投入大量資金，添加和升級(jí)現(xiàn)有的設(shè)備、刀具以及增加現(xiàn)有的設(shè)備數(shù)量。在新設(shè)備面前還需要培訓(xùn)相關(guān)的操作人員等等。這些都造成了制造成本的增加，勢(shì)必會(huì)造成最終價(jià)格的上浮。而這對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)也是增加了建設(shè)成本，以至于最終中小型制造廠沒拿到相應(yīng)的利潤(rùn)，化工企業(yè)也沒省下多少資金，造成這種雙損的局面。

所以我們不禁要想，這么大的管殼式換熱器對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)真的有必要么？1臺(tái)公稱直徑3 500 mm換熱器的換熱量，2臺(tái)并聯(lián)2000的換熱器就可以達(dá)到。1臺(tái)3 500 mm換熱器要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩臺(tái)并聯(lián)的2 500 mm換熱器的制造周期。因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程中，中小型制造廠可以2臺(tái)同時(shí)開工雙線制造，如果只有1臺(tái)3 500 mm換熱器的話，就只能單線制造了。對(duì)于現(xiàn)在化工裝備制造業(yè)來(lái)說(shuō)，制造周期是很重要的條件。很多項(xiàng)目的化工裝備的制造周期是要服從現(xiàn)場(chǎng)的制造進(jìn)度。如果化工裝備制造進(jìn)度出問題就會(huì)出現(xiàn)地基什么的都做好了，而你的換熱器等化工裝備還沒生產(chǎn)好，而就因?yàn)槿鄙龠@一個(gè)或者幾個(gè)產(chǎn)品，導(dǎo)致后期的所有的進(jìn)度都無(wú)法進(jìn)行下去，現(xiàn)場(chǎng)只能停工，從而對(duì)整體竣工日期造成影響。

至此，管殼式換熱器的發(fā)展不能只求巨大化，也應(yīng)該從設(shè)計(jì)創(chuàng)新上來(lái)擴(kuò)大相對(duì)換熱面積。合理的選用適合自己企業(yè)的設(shè)備從而讓中小型化工裝備制造廠與化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙贏，這才應(yīng)該是管殼式換熱器的科學(xué)發(fā)展道路。

［1］張延豐. 熱交換器. GB/T151-2014［S］. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

Impact of Scaling-up Development Trend of Shell and Tube Heat Exchanger on Small and Medium-sized Manufacturers

（Dalian Renhai Heavy Industry Co., Ltd., Liaoning Dalian 116041, China）

With the development of social economy and the improvement of science and technology, design and manufacture of the exchanger have become large-scaling in China. In this paper, impact of scaling-up development trend of shell and tube heat exchangeron small and medium-sized manufacturers was analyzed.

scaling-up of shell and tube heat exchanger; small and medium-sized manufacturer;design and manufacture

2016-11-15

袁寧（1981-），男，助理工程師，遼寧省大連市人，2003年畢業(yè)于海軍職工大學(xué)熱能動(dòng)力工程專業(yè)，研究方向：從事化工設(shè)備制造技術(shù)工作。

TQ 052

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1004-0935（2017）01-0071-03